基于psk信號與ldpc碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的信息傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的信息傳輸方法。該方法第一步在發(fā)送端將需要發(fā)送的信息序列進(jìn)行LDPC編碼，編碼后的信息進(jìn)行交織，并添加輔助數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行PSK調(diào)制；第二步將PSK信號通過一個分塊非相干高斯白噪聲信道發(fā)送給接收端；第三步在接收端將PSK信號解調(diào)與LDPC碼譯碼相結(jié)合進(jìn)行迭代解調(diào)譯碼，恢復(fù)出發(fā)送的信息序列。該方法無需進(jìn)行相位恢復(fù)即可進(jìn)行解調(diào)譯碼，性能接近采用相干解調(diào)譯碼方法，且硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度很低。該方法可用于慢跳頻等相位同步實(shí)現(xiàn)困難或代價過大的通信系統(tǒng)。
【專利說明】基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的信息傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)，特別是一種基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LDPC (低密度校驗碼)碼早在上世紀(jì)七十年代就已經(jīng)被提出，但是長期沒有受到重視。隨著上世紀(jì)九十年代初期迭代譯碼方法的出現(xiàn)和發(fā)展，LDPC碼有了很好的譯碼方法，且性能非常接近理論極限，從而煥發(fā)了蓬勃生機(jī)，得到了飛速發(fā)展，特別是進(jìn)入本世紀(jì)以來在各類新的通信標(biāo)準(zhǔn)中得到廣泛應(yīng)用。
[0003]PSK (相移鍵控)調(diào)制方法是一種非常傳統(tǒng)和成熟的調(diào)制技術(shù)，應(yīng)用非常之廣。當(dāng)前，很多通信系統(tǒng)中都采用了這種調(diào)制方式。LDPC碼和PSK調(diào)制方式相結(jié)合的通信系統(tǒng)也很多，例如衛(wèi)星數(shù)字廣播電視DVB-S2中就是采用這種方式。PSK調(diào)制方式可以采用相干解調(diào)或者差分解調(diào)。相干解調(diào)性能更好但是必須實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的載波同步，差分解調(diào)受載波同步精度影響較小，但是性能比相干解調(diào)方式約差3dB。在一些應(yīng)用場合，載波同步比較困難，例如慢跳頻通信中每一跳僅數(shù)十個符號，很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的載波同步。一般這種場合都采用差分解調(diào)的方法。隨著迭代接收技術(shù)的逐步發(fā)展，人們開始研究利用譯碼信息來輔助差分解調(diào)，通過迭代的方法降低差分解調(diào)性能損失，使之在不用進(jìn)行準(zhǔn)確載波同步的情況具備接近相干解調(diào)的性能。迭代聯(lián)合解調(diào)譯碼的方法兼具相干解調(diào)性能好和差分解調(diào)不須準(zhǔn)確載波同步的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了廣泛的關(guān)注，得到了較快的發(fā)展。但是，目前大多迭代聯(lián)合解調(diào)譯碼信息傳輸方法的復(fù)雜度太高，不易工程實(shí)現(xiàn)。
[0004]R.R.Chen, R.Koetter, D.Agrawal, and U.Madhow, “Joint demodulation anddecoding for the noncoherent block fading channel: a practical framework forapproaching channel capacity, ” (IEEE Trans.Commun., vol.51, n0.10,pp.1676 -1689，Oct.2003.) 一文提出了一種將解調(diào)和信道譯碼結(jié)合在一起并通過迭代的方法來提高解調(diào)譯碼性能的方法。其目的是解決短突發(fā)信號信號在難以進(jìn)行準(zhǔn)確相位估計的情況下如何保證高性能接收的問題。采用該方法可以得到比相干解調(diào)僅差0.6dB的性能。但是該方法的運(yùn)算量太大。針對這一問題，N.Jacobsen, U.Madhow等人在文獻(xiàn)“Coded noncoherentcommunication with amplitude/phase modulation:from shannon theory to practicalarchitectures, ” (IEEE Trans.Commun., vol.56, n0.12, pp.2040 - 204, Dec.2008.)中提出了采用對數(shù)域計算和最大路徑檢測方法來降低計算復(fù)雜度。盡管該方法的復(fù)雜度相對之前R.R.Chen等人提出的方法有很大改善，但是其硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度依然很高，不適合工程實(shí)現(xiàn)，特別是不適合利用FPGA等器件來實(shí)現(xiàn)高速信號接收。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的傳輸方法，解決慢跳頻通信等通信系統(tǒng)相位同步實(shí)現(xiàn)困難或代價過大的問題。[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的信息傳輸方法，方法步驟如下:
[0007]步驟1、在發(fā)送端，進(jìn)行編碼和調(diào)制，步驟如下:
[0008]1-1)編碼，將需要傳輸?shù)亩M(jìn)制比特信息序列送入LDPC編碼器，得到長度為S的編碼息序列；
[0009]1-2)交織，將編碼后得到的編碼信息序列逐行記入一個N行M列的數(shù)列，其中MXN=S ；
[0010]1-3)添加輔助數(shù)據(jù)，將上一步中每列數(shù)據(jù)作為一幀，在每幀數(shù)據(jù)前添加P個O作為輔助數(shù)據(jù)，得到長度為T=P+N的數(shù)據(jù)幀；
[0011 ] 1-4)調(diào)制，將長度為T數(shù)據(jù)幀逐幀進(jìn)行PSK調(diào)制，得到PSK信號xn，調(diào)制方式如下:
[0012]xn=exp (j π wn)
[0013]wn為一幀中的第n個數(shù)據(jù)，n的取值范圍為0至T-l，j表示虛數(shù)。
[0014]步驟2、PSK信號Xn經(jīng)過一個分塊非相干高斯白噪聲信道后被接收端接收，接收信號rn為
[0015]rn=Aexp (j θ ) χη+ η n
[0016]A是一個表征傳輸衰減大小的參數(shù)；θ是傳輸過程中的相位旋轉(zhuǎn)度數(shù)，在區(qū)間[O, 2 π ]內(nèi)隨機(jī)均勻分布，在每幀接收信號內(nèi)Θ保持不變，各幀接收信號的Θ獨(dú)立不相關(guān)；Hn為高斯白噪聲信號。
[0017]步驟3、在接收端進(jìn)行解調(diào)和譯碼，具體步驟如下:
[0018]3-1)相位旋轉(zhuǎn)，將接收到的信號rn相位依次旋轉(zhuǎn)2 π 1/L度，從而得到L組具有不同相位旋轉(zhuǎn)量的信號，其中L為相位離散化數(shù)量，I取值從O到L-1 ；
[0019]3-2)確定權(quán)重，根據(jù)旋轉(zhuǎn)后信號的實(shí)部Re (rln)和交織后的譯碼外信息en確定各組信號的權(quán)重O1，并找到權(quán)重最大的分組和權(quán)重最小的分組，其中％初始值為O ;
[0020]3-3)解調(diào)，將權(quán)重最大分組信號的實(shí)部乘以修正因子α，得到解調(diào)值dn ；
[0021 ] 3-4 )解交織，將解調(diào)值逐行記入一個M行N列的數(shù)列，然后逐列輸出解交織后的解調(diào)值；
[0022]3-5)譯碼，采用修正最小和譯碼算法對解調(diào)值進(jìn)行譯碼，得到譯碼過程中各個比特對應(yīng)的軟判決值Ys、硬判決信息以及譯碼得到的外信息es ；
[0023]3-6)交織，將譯碼得到的外信息es逐行記入一個N行M列的數(shù)列，在每列數(shù)據(jù)前添加P個O得到交織后的譯碼外信息en，然后逐列輸出，之后返回到步驟3-2，直至達(dá)到預(yù)定迭代次數(shù)后，將譯碼得到的硬判決信息輸出，即可得到發(fā)送的信息序列。
[0024]步驟3-2中權(quán)重Co1公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的信息傳輸方法,其特征在于，方法步驟如下: 步驟1、在發(fā)送端，進(jìn)行編碼和調(diào)制，步驟如下: 1-1)編碼，將需要傳輸?shù)亩M(jìn)制比特信息序列送入LDPC編碼器，得到長度為S的編碼信息序列； 1-2)交織，將編碼后得到的編碼信息序列逐行記入一個N行M列的數(shù)列，其中MXN=S;1-3)添加輔助數(shù)據(jù)，將上一步中每列數(shù)據(jù)作為一幀，在每幀數(shù)據(jù)前添加P個O作為輔助數(shù)據(jù)，得到長度為T=P+N的數(shù)據(jù)幀； 1-4)調(diào)制，將長度為T數(shù)據(jù)幀逐幀進(jìn)行PSK調(diào)制，得到PSK信號Xn，調(diào)制方式如下: xn=exp (j π wn) wn為一幀中的第η個數(shù)據(jù)，η的取值范圍為O至T-l，j表示虛數(shù)； 步驟2、PSK信號Xn經(jīng)過一個分塊非相干高斯白噪聲信道后被接收端接收，接收信號rn為
rn=Aexp (j Θ ) χη+ η n A是一個表征傳輸衰減大小的參數(shù)；Θ是傳輸過程中的相位旋轉(zhuǎn)度數(shù)，在區(qū)間[O，2 π ]內(nèi)隨機(jī)均勻分布，在每幀接收信號內(nèi)Θ保持不變，各幀接收信號的Θ獨(dú)立不相關(guān)；1^為高斯白噪聲信號； 步驟3、在接收端進(jìn)行解調(diào)和譯碼，具體步驟如下: 3-1)相位旋轉(zhuǎn)，將接收到的信號rn相位依次旋轉(zhuǎn)2 π 1/L度，從而得到L組具有不同相位旋轉(zhuǎn)量的信號，其中L為相位離散化數(shù)量，I取值從O到L-1 ； 3-2)確定權(quán)重，根據(jù)旋轉(zhuǎn)后信號的實(shí)部Re (rln)和交織后的譯碼外信息en確定各組信號的權(quán)重O1，并找到權(quán)重最大的分組和權(quán)重最小的分組，其中6?初始值為O ; 3-3)解調(diào)，將權(quán)重最大分組信號的實(shí)部乘以修正因子α，得到解調(diào)值dn ； 3-4)解交織，將解調(diào)值逐行記入一個M行N列的數(shù)列，然后逐列輸出解交織后的解調(diào)值； 3-5)譯碼，采用修正最小和譯碼算法對解調(diào)值進(jìn)行譯碼，得到譯碼過程中各個比特對應(yīng)的軟判決值Ys、硬判決信息以及譯碼得到的外信息es ； 3-6)交織，將譯碼得到的外信息es逐行記入一個N行M列的數(shù)列，在每列數(shù)據(jù)前添加P個O得到交織后的譯碼外信息en，然后逐列輸出，之后返回到步驟3-2，直至達(dá)到預(yù)定迭代次數(shù)后，將譯碼得到的硬判決信息輸出，即可得到發(fā)送的信息序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的信息傳輸方法，其特征在于:步驟3-2中權(quán)重O1公式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的信息傳輸方法，其特征在于:步驟3-3中修正因子
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的信息傳輸方法，其特征在于，步驟3-3中解調(diào)值dn:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的信息傳輸方法，其特征在于:步驟3-5中，譯碼得到的外信息es
es= Ys-Us 其中μ s為步驟3-4解交織后輸出的第s個解調(diào)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PSK信號與LDPC碼聯(lián)合迭代解調(diào)譯碼的信息傳輸方法，其特征在于:步驟3-6中記載的預(yù)定迭代次數(shù)為50-80次。
【文檔編號】H04L1/00GK103888218SQ201410077473
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】劉愛軍, 張邦寧, 龔超, 潘小飛, 郭道省, 葉展, 潘克剛, 王恒, 方華, 晉軍, 續(xù)欣, 王杭先, 童新海, 梁小虎 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)